JP2015054683A - ハイブリッド車両用動力伝達装置 - Google Patents

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Toshiki Kaneda
俊樹 金田
茨木 隆次
Takatsugu Ibaraki
隆次 茨木
安田 勇治
Yuji Yasuda
勇治 安田
田端 淳
Atsushi Tabata
淳 田端
達也 今村
Tatsuya Imamura
達也 今村
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Abstract

【課題】装置の組み立てを簡素化して生産性を向上させることができるハイブリッド車両用動力伝達装置を提供する。
【解決手段】第1入力部材125が連結されたキャリア8と、モータ・ジェネレータ2が連結されたサンギヤ6と、第1出力部材126を介して駆動軸5が連結されたリングギヤ7とを有する遊星歯車装置から構成された動力分割機構4、および、第2入力部材100を介して入力されるエンジン1の回転数を変速してトルクを第2出力部材101を介して第1入力部材125およびキャリア8に伝達する変速機構17を備えたハイブリッド車両用動力伝達装置TMにおいて、エンジン1の出力軸1aと同一の回転軸線上に、エンジン1に近い方から、変速機構17、動力分割機構4の順で配置するとともに、第2出力部材101と第1入力部材125とをスプラインによって連結する。
【選択図】図12

Description

この発明は、動力の発生原理が異なる複数の駆動力源を備えたハイブリッド車両に搭載される動力伝達装置に関するものである。
ハイブリッド車両は、走行のための駆動力源として、熱エネルギを運動エネルギに変換して動力を発生するエンジンや、エネルギ回生機能のある回転機など、動力の発生原理が異なる複数の駆動力源を備えた車両である。例えば、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの内燃機関、および、発電機能を有する電動機や蓄圧機能を有する油圧モータなどの回転機を駆動力源として搭載した車両である。そして、エンジンと回転機とが持つそれぞれの特性を生かすことにより、エネルギ効率を向上させることができ、また排気ガスの低減を図ることができる車両である。そのようなハイブリッド車両に関する発明の一例が特許文献1に記載されている。
この特許文献1に記載されたハイブリッド駆動装置は、駆動力源として、エンジンと、そのエンジンの動力によって発電する機能を有する第1モータと、第1モータが発電した電力によって出力部材に動力を出力する第2モータとを備えている。そして、第1モータと第2モータとが同一軸線上に配置されていて、それら第1モータ2と第2モータとの間に、エンジンの出力した動力を第1モータ側と出力部材側とに分配する動力分配機構が配置されている。さらに、この特許文献1に記載されたハイブリッド駆動装置は、上記の第1モータ2と第2モータとの間に、エンジンの回転数を変速してトルクを動力分配機構に伝達する変速機が配置されている。
なお、特許文献2には、エンジン、第1モータ、第2モータ、および、3つの回転要素を有する遊星歯車機構から構成される動力分割機構を備えたハイブリッド車両に関する発明が記載されている。この特許文献2に記載されたハイブリッド車両は、エンジンの出力軸を回転不可能に固定するクラッチを更に備えている。また、第1モータは動力分割機構を介してエンジンの出力軸に連結され、第2モータは駆動輪に連結されている。それらエンジン、第1モータ、第2モータ、およびクラッチの各動作が、車両の要求駆動力に応じて、それぞれ制御されるように構成されている。そして、クラッチを係合してエンジンの出力軸を固定することにより、動力分割機構を減速機構もしくは増速機構として機能させた状態で、第1モータおよび第2モータの両方を駆動させたモータ走行が可能な構成となっている。
また、特許文献3にも、上記の特許文献2に記載されたハイブリッド車両と同様の構成が記載されている。そしてこの特許文献3には、クラッチを係合してエンジンのクランクシャフトを回転不能に固定する条件が成立している場合に、エンジンの運転を停止するとともに、アクセル開度と車速と変速機の変速比とに基づいて2つのモータを最も効率よく駆動するトルク配分を定めたマップを用いて、2つのモータの回転をそれぞれ制御することが記載されている。
特開2008−120234号公報 特開2008−265598号公報 特開2008−265600号公報
上記の特許文献1に記載されているハイブリッド駆動装置のように、エンジン、電動機、および、動力分割機構を備えた従来のハイブリッド車両用の動力伝達装置の構成に対して、エンジンの回転数を変速する変速機構を加えることによって、要求駆動力や走行状態に応じてエンジンをより燃費に有利な回転数で運転することができる。ひいては、ハイブリッド車両のエネルギ効率を向上させることができる。
その一方で、上記のような変速機構は、歯車機構および変速制御用のクラッチやブレーキ等を備えている。そのため、そのような変速機構を持たない従来のハイブリッド車両用の動力伝達装置と比較して、変速機構を追加した分だけ部品点数や組み立て工数が増大する。その結果、装置の組み立てが複雑になり、生産性が低下してしまう可能性がある。
この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、従来の装置に対してエンジンの回転数を変速する変速機構を追加した構成であっても、装置の組み立てを簡素化して生産性を向上させることができるハイブリッド車両用動力伝達装置を提供することを目的とするものである。
上記の目的を達成するために、請求項1の発明は、エンジンおよび少なくとも1基の回転機を駆動力源とするハイブリッド車両に搭載される動力伝達装置であって、第1入力部材が連結された第1回転要素と、前記回転機が連結された第2回転要素と、第1出力部材を介して駆動軸が連結された第3回転要素との3つの回転要素を有する差動歯車装置から構成されて前記駆動力源と前記駆動軸との間で動力を分割もしくは合成して伝達する動力分割機構、および、第2入力部材を介して入力される前記エンジンの回転数を変速してトルクを第2出力部材を介して前記第1入力部材および前記第1回転要素に伝達する変速機構を備えたハイブリッド車両用動力伝達装置において、前記エンジンの出力軸と同一の回転軸線上に、前記エンジンに近い方から、前記変速機構、前記動力分割機構の順で配置されていて、前記第2出力部材と前記第1入力部材とが、スプラインもしくはセレーションによって連結されていることを特徴とするものである。
また、請求項2の発明は、請求項1の発明において、前記変速機構が、前記変速機構の前記エンジン側を覆うフロントカバーの内側に収容されるとともに、前記フロントカバーと、前記変速機構の前記動力分割機構側を覆う回転機カバーとによって覆われた変速ユニットとして形成されていて、前記第2入力部材が、前記フロントカバーと、前記第1入力部材もしくは前記第2出力部材とによって支持されていて、前記動力分割機構および前記回転機を収容するハウジングの前記変速機構側の端部に、前記変速ユニットが取り付けられていることを特徴とするものである。
また、請求項3の発明は、請求項1または2の発明において、前記第2出力部材が、前記動力分割機構側の端部に、スプライン穴もしくはセレーション穴、または、スプライン軸もしくはセレーション軸が形成されたフランジ状の部材を含み、前記第1入力部材が、前記変速機構側の端部に、前記第2出力部材のスプライン穴と嵌合するスプライン軸もしくは前記第2出力部材のセレーション穴と嵌合するセレーション軸、または、前記第2出力部材のスプライン軸と嵌合するスプライン穴もしくは前記第2出力部材のセレーション軸と嵌合するセレーション穴が形成されるとともに、前記第2入力部材の前記動力分割機構側の端部を相対回転可能に支持する軸状の部材を含むことを特徴とするものである。
また、請求項4の発明は、請求項1または2の発明において、前記第2出力部材が、前記動力分割機構側の端部に、スプライン穴もしくはセレーション穴、または、スプライン軸もしくはセレーション軸が形成されるとともに、前記第2入力部材の前記動力分割機構側の一部を相対回転可能に支持する軸状の部材を含み、前記第1入力部材が、前記変速機構側の端部に、前記第2出力部材のスプライン穴と嵌合するスプライン軸もしくは前記第2出力部材のセレーション穴と嵌合するセレーション軸、または、前記第2出力部材のスプライン軸と嵌合するスプライン穴もしくは前記第2出力部材のセレーション軸と嵌合するセレーション穴が形成された軸状の部材を含むことを特徴とするものである。
また、請求項5の発明は、請求項1から3のいずれかの発明において、記変速機構が、シングルプラネタリ形の遊星歯車機構と、前記遊星歯車機構のサンギヤとキャリアとを選択的に連結するクラッチと、前記サンギヤを選択的に回転不可能な状態に固定するブレーキとを備え、前記第2出力部材が、前記遊星歯車機構のリングギヤが一体回転するように連結されていて、前記第2入力部材が、前記キャリアが一体回転するように連結されているとともに、前記動力分割機構側の端部が前記第1入力部材の前記変速機構側の端部の内周部分に相対回転可能なように支持されていることを特徴とするものである。
また、請求項6の発明は、請求項1,2,4のいずれかの発明において、前記変速機構が、ダブルプラネタリ形の遊星歯車機構と、前記遊星歯車機構のサンギヤとキャリアとを選択的に連結するクラッチと、前記サンギヤを選択的に回転不可能な状態に固定するブレーキとを備え、前記第2出力部材が、前記サンギヤの内周部分に前記サンギヤと相対回転可能なように配置されるとともに、前記キャリアが一体回転するように連結されていて、前記第2入力部材が、前記遊星歯車機構のリングギヤが一体回転するように連結されているとともに、前記動力分割機構側の一部が前記第2出力部材の前記エンジン側の内周部分に相対回転可能なように支持されていることを特徴とするものである。
そして、請求項7の発明は、請求項1から6のいずれかの発明において、前記回転機が、中空構造のロータを有するインナーロータ形の電動機を含むとともに、前記エンジンの出力軸と同一の回転軸線上で、前記変速機構と前記動力分割機構との間に配置されていて、前記第1入力部材が、前記ロータの内周部分に相対回転可能なように支持されていて、前記第2出力部材と前記第1入力部材とが、前記電動機の内周部分で連結されていることを特徴とするものである。
この発明における動力伝達装置は、エンジンと動力分割機構との間に、エンジンの回転数を変速する変速機構が設けられる。そして、この発明では、変速機構が設けられることによる装置の組み立て性や生産性の低下を防ぐために、変速機構の出力部材と動力分割機構の入力部材とを、スプラインもしくはセレーションによって連結するように構成されている。したがって、この発明によれば、動力伝達装置を組み立てる場合、動力分割機構と変速機構とを回転軸線方向に相対移動させることにより、それら動力分割機構と変速機構とを動力伝達可能な状態に容易に連結させることができる。
特に、動力分割機構や回転機等を収容した動力伝達装置の主要部となるハウジングに対して、変速機構およびその入力部材ならびに出力部材等を一体の変速ユニットとしてサブアッセンブリにすることができる。したがって、動力分割機構や回転機等を収容したハウジングに対して、変速機構を収容した変速ユニットを、回転軸線方向から取り付けることにより、それらハウジングと変速ユニットとを容易に組み付けることができる。その場合、変速機構の出力部材と動力分割機構の入力部材との連結部分には、上記のようにスプラインもしくはセレーションが形成されている。そのため、動力分割機構を収容したハウジングと、変速機構を収容した変速ユニットとを、容易にかつ確実に組み付けることができる。その結果、それら変速機構および動力分割機構などから構成される動力伝達装置の組み立て性や生産性を向上させることができる。
この発明で対象とするハイブリッド車両のドライブトレーンを説明するためのスケルトン図であって、変速機構がシングルピニオン形の遊星歯車機構により構成されていて、FR方式の車両へ搭載するのに適したドライブトレーンの例を示す図である。 この発明で対象とするハイブリッド車両のドライブトレーンを説明するためのスケルトン図であって、変速機構がシングルピニオン形の遊星歯車機構により構成されていて、FF方式の車両へ搭載するのに適したドライブトレーンの例を示す図である。 図1,図2に示すドライブトレーンの各駆動状態におけるクラッチならびにブレーキおよび各モータ・ジェネレータの動作状態をまとめて示す図表である。 図1,図2に示すドライブトレーンにおける動力分割機構および変速機構についての共線図であって、第2モータ・ジェネレータ単独の出力で走行している状態を示す図である 図1,図2に示すドライブトレーンにおける動力分割機構および変速機構についての共線図であって、第1モータ・ジェネレータおよび第2モータ・ジェネレータの両方の出力で走行している状態を示す図である。 図1,図2に示すドライブトレーンにおける動力分割機構および変速機構についての共線図であって、変速機構をO/D段(High)に設定して、エンジンの出力で走行している状態を示す図である。 図1,図2に示すドライブトレーンにおける動力分割機構および変速機構についての共線図であって、変速機構を直結段(Low)に設定して、エンジンの出力で走行している状態を示す図である。 この発明で対象とするハイブリッド車両の制御系統を説明するためのブロック図である。 の発明で対象とするハイブリッド車両の運転制御および変速機構の変速制御で用いるマップ(線図)であって、エンジン走行領域およびモータ走行領域を示す図である。 この発明で対象とするハイブリッド車両のドライブトレーンを説明するためのスケルトン図であって、変速機構がダブルピニオン形の遊星歯車機構により構成されていて、FR方式の車両へ搭載するのに適したドライブトレーンの例を示す図である。 この発明で対象とするハイブリッド車両のドライブトレーンを説明するためのスケルトン図であって、変速機構がダブルピニオン形の遊星歯車機構により構成されていて、FF方式の車両へ搭載するのに適したドライブトレーンの例を示す図である。 この発明に係るハイブリッド車両用動力伝達装置の構成を具体的に説明するための断面図であって、変速機構がシングルピニオン形の遊星歯車機構により構成されている例を示す図である。 この発明に係るハイブリッド車両用動力伝達装置の構成を具体的に説明するための断面図であって、変速機構がダブルピニオン形の遊星歯車機構により構成されている例を示す図である。
次に、この発明を、図を参照して具体的に説明する。この発明に係る動力伝達装置は、熱エネルギを運動エネルギに変換して動力を発生するエンジン、および、エネルギの回生が可能な回転機を駆動力源として備えた車両、すなわち、動力の発生原理が異なる複数の駆動力源を備えたハイブリッド車両に搭載されるものである。
上記のハイブリッド車両におけるエンジンとしては、ガソリンエンジンが最も一般的である。その他に、この発明におけるエンジンは、例えば、ディーゼルエンジンやLPGエンジンなど、ガソリン以外の燃料を使用する内燃機関を用いることができる。一方、回転機としては、発電機能あるモータ(すなわちモータ・ジェネレータ)が最も一般的である。その他に、この発明における回転機として、例えば、油圧や空気圧などの蓄圧機能を有する圧力モータ、あるいは、回転エネルギの蓄積および放出が可能なフライホイールなどを用いることも可能である。
この発明で対象とするハイブリッド車両は、エンジンが出力する動力で走行する「エンジン走行モード」もしくは「HV(ハイブリッド)走行モード」と、回転機が出力する動力で走行する走行モードとを選択できるように構成されている。特に、回転機としてモータを用いる場合は、「エンジン走行モード」と、バッテリに蓄えられた電力でモータを駆動して走行する「モータ走行モード」とを選択できるように構成されている。
図1に、この発明で対象とすることのできるハイブリッド車両のパワートレーンの一例を示してある。ここに示す例は、エンジン(ENG)1と、第1モータ・ジェネレータ(MG1)2および第2モータ・ジェネレータ(MG2)3の2基の回転機とを駆動力源とするいわゆる2モータ式のハイブリッド車両Veである。このハイブリッド車両Veは、エンジン1が出力する動力を、動力分割機構4によって第1モータ・ジェネレータ2側とドライブシャフト5側とに分割して伝達するように構成されている。また、第1モータ・ジェネレータ2で発生した電力を第2モータ・ジェネレータ(MG2)3に供給し、その電力を使用して第2モータ・ジェネレータ3が出力する動力をドライブシャフト5に付加できるように構成されている。
動力分割機構4は、3つの回転要素を有する差動機構によって構成されている。具体的には、第1回転要素としてサンギヤ、第2回転要素としてキャリア、および、第3回転要素としてリングギヤを有する遊星歯車機構によって構成されている。この図1に示す例では、シングルピニオン形の遊星歯車機構が用いられている。
上記の動力分割機構4を構成する遊星歯車機構は、エンジン1と同一の軸線上に配置されている。遊星歯車機構のサンギヤ6には、第1モータ・ジェネレータ2が連結されている。すなわち、第1モータ・ジェネレータ2のロータ2aとサンギヤ6とが連結されている。このサンギヤ6に対して同心円上にリングギヤ7が配置されている。これらサンギヤ6とリングギヤ7とに噛み合っているピニオンギヤが、キャリア8によって自転および公転が可能なように保持されている。このキャリア8には、後述する変速機構17を介して、エンジン1の出力軸1aが連結されている。そして、リングギヤ7に、プロペラシャフト9の一方の端部が連結されている。プロペラシャフト9の他方の端部は、デファレンシャルギヤ10を介して、ドライブシャフト5および駆動輪11に連結されている。
上記の動力分割機構4からプロペラシャフト9および駆動軸11に伝達されるトルクに、第2モータ・ジェネレータ3が出力するトルクを付加できるように構成されている。具体的には、エンジン1と同一の回転軸線上に第2モータ・ジェネレータ3が配置されていて、その第2モータ・ジェネレータ3が、ギヤ列12を介して、プロペラシャフト9に連結されている。
上記のギヤ列12には、この図1に示す例では、シングルプラネタリ形の遊星歯車機構が用いられている。そのギヤ列12を構成する遊星歯車機構のサンギヤ13が、第2モータ・ジェネレータ3のロータ3aに連結されている。キャリア14には、プロペラシャフト9に連結されている。リングギヤ15が、ケーシングなどの固定部材16に回転不可能な状態で固定されている。すなわち、このギヤ列12においては、リングギヤ15が固定要素となっている。そして、サンギヤ13を入力要素とした場合に出力要素となるキャリア14が、サンギヤ13よりも低回転数で、かつサンギヤ13と同じ方向に回転するようになっている。したがって、このギヤ列12は、サンギヤ13に入力されたトルクをキャリア14から出力する際に減速機構として機能する。すなわち、このギヤ列12は、第2モータ・ジェネレータ3からサンギヤ13へ入力されたトルクを増幅してプロペラシャフト9に伝達するように構成されている。
なお、第1モータ・ジェネレータ2および第2モータ・ジェネレータ3は、それぞれ、図示しないインバータなどのコントローラを介してバッテリに接続されている。これら第1モータ・ジェネレータ2および第2モータ・ジェネレータ3は、いずれも、モータもしくは発電機として機能するように電流が制御されるように構成されている。一方、エンジン1は、そのスロットル開度や点火時期を制御できるように構成されている。また、燃焼運転の自動停止、および、始動ならびに再始動の制御が行われるように構成されている。
さらに、この発明で対象としているハイブリッド車両Veは、エンジン1と動力分割機構4および第1モータ・ジェネレータ2との間に、変速機構17が設けられている。この変速機構17は、直結段と増速段すなわちオーバードライブ(O/D)段とに切り替えられるように構成されている。この図1に示す例では、変速機構17は、シングルピニオン形の遊星歯車機構17aにより構成されている。その遊星歯車機構17aのキャリア18が、エンジン1の出力軸1aに連結されている。リングギヤ19は、前述した動力分割機構4のキャリア8に一体となって回転するように連結されている。また、サンギヤ20とキャリア18との間に、これらサンギヤ20とキャリア18とを選択的に連結するクラッチC1が設けられている。そして、サンギヤ20を選択的に回転不可能な状態に固定するブレーキB1が設けられている。これらのクラッチC1およびブレーキB1は、例えば油圧によって係合する摩擦係合機構によって構成することができる。
上記の変速機構17は、クラッチC1を係合させることにより、遊星歯車機構17aのサンギヤ20とキャリア18とが連結される。その結果、遊星歯車機構17aの全体が一体となって回転し、増速作用および減速作用の生じないいわゆる直結状態となる。そして、クラッチC1に加えてブレーキB1を係合させることにより、変速機構17の全体が一体となって固定され、動力分割機構4におけるキャリア8およびエンジン1の回転が止められる。これに対して、ブレーキB1のみを係合させることにより、変速機構17におけるサンギヤ20が固定要素となり、またキャリア18が入力要素となる。そのため、キャリア18を入力要素とした場合に出力要素となるリングギヤ20が、キャリア18よりも高回転数で、かつキャリア18と同方向に回転する。したがって、変速機構17は増速機構として機能する。すなわち、変速機構17でO/D段が設定される。
なお、上記の図1に示したハイブリッド車両Veは、駆動力源から出力される駆動トルクをプロペラシャフト9を介してドライブシャフト5および駆動輪11に伝達するように構成した例である。すなわち、駆動力源を車両前方に配置して後輪で駆動力を発生させるいわゆるFR方式の車両へ搭載するのに適したドライブトレーンの例である。これに対して、この発明では、駆動力源を車両前方に配置して前輪で駆動力を発生させるいわゆるFF方式のハイブリッド車両Veに対しても適用することができる。そのようなFF方式の車両へ搭載するのに適したドライブトレーンの例を図2に示してある。
この図2に示すハイブリッド車両Veは、上記の図1に示した例と同様に、エンジン1および第1モータ・ジェネレータ2ならびに第2モータ・ジェネレータ3を駆動力源としている。そして、変速機構17、動力分割機構4、およびギヤ列12を備えている。変速機構17は、図1に示した例と同様に、シングルピニオン形の遊星歯車機構17a、クラッチC1、およびブレーキB1から構成されている。遊星歯車機構17aのキャリア18には、エンジン1の出力軸1aに連結されている。リングギヤ19には、動力分割機構4のキャリア8が連結されている。一方、この図2に示す例では、動力分割機構4のリングギヤ7にドライブギヤ25が連結されている。また、ギヤ列12は、上記のドライブギヤ25、カウンタシャフト26、カウンタドリブンギヤ27、リダクションギヤ28、およびデファレンシャルドライブギヤ29から構成されている。
具体的には、エンジン1および動力分割機構4などの回転軸線と平行に、カウンタシャフト26が配置されている。そして、上記のドライブギヤ25に噛み合っているカウンタドリブンギヤ27が、このカウンタシャフト26に一体となって回転するように取り付けられている。さらに、上記の動力分割機構4からドライブシャフト5へ伝達されるトルクに、第2モータ・ジェネレータ3が出力するトルクを付加できるように構成されている。すなわち、上記のカウンタシャフト26と平行に第2モータ・ジェネレータ3が配置されていて、そのロータ3aに連結されたリダクションギヤ28が、カウンタドリブンギヤ27に噛み合っている。このリダクションギヤ28は、カウンタドリブンギヤ27よりも小径のギヤによって構成されている。したがって、このギヤ列12は、リダクションギヤ28に入力されたトルクをカウンタドリブンギヤ27を介してカウンタシャフト26へ伝達する際に減速機構として機能する。すなわち、このギヤ列12は、第2モータ・ジェネレータ3が出力するトルクを増幅してカウンタシャフト26に伝達するように構成されている。
上記のカウンタシャフト26には、デファレンシャルドライブギヤ29が一体になって回転するように取り付けられている。また、この図2に示す例では、デファレンシャルギヤ10の外周部分にリングギヤ30が形成されている。そして、上記のデファレンシャルドライブギヤ29が、デファレンシャルギヤ10に形成されたリングギヤ30に噛み合っている。したがって、動力分割機構4に入力されてリングギヤ7から出力されるトルク、および第2モータ・ジェネレータ3から出力されるトルクが、ギヤ列12およびデファレンシャルギヤ10を介して、ドライブシャフト5および駆動輪11に伝達される構成となっている。なお、この図2では作図の都合上、デファレンシャルギヤ10の位置を図2での右側にずらして記載してある。
上記の図1,図2に示すようなハイブリッド車両Veにおける各走行モードや後進状態でのクラッチC1ならびにブレーキB1の係合・開放の状態、および、第1モータ・ジェネレータ2ならびに第2モータ・ジェネレータ3の動作の状態を、図3の表にまとめて示してある。各動作状態について簡単に説明すると、図3で「EV」はモータ走行モードを示している。「シングルモータ走行モード」では、クラッチC1およびブレーキB1が共に開放させられる。そして、第2モータ・ジェネレータ3がモータ(M)として動作させられ、かつ第1モータ・ジェネレータ2が発電機(G)として機能させられる。この場合、第1モータ・ジェネレータ2は空転させてもよい。この状態を図4に共線図で示してある。なお、この「シングルモータ走行モード」でエンジンブレーキ効果を生じさせる場合には、クラッチC1およびブレーキB1のいずれか一方が係合させられて、動力分割機構4におけるリングギヤ7の回転数が抑制される。
上記のようなモータ走行モードのうち「ダブルモータ走行モード」では、第1モータ・ジェネレータ2および第2モータ・ジェネレータ3が、いずれも、モータとして機能させられる。そして、第1モータ・ジェネレータ2で出力するトルクがドライブシャフト5に伝達されるようにするために、クラッチC1およびブレーキB1が共に係合させられて、動力分割機構4のキャリア8が回転不可能な状態に固定される。その状態では、動力分割機構4は減速機として機能するように各回転要素間のギヤ比が設定されている。したがって、この場合は第1モータ・ジェネレータ2で出力するトルクが増幅されて、動力分割機構4のリングギヤ7からプロペラシャフト9へ伝達される。この状態を図5に共線図で示してある。
一方、図3の表で「HV」はエンジン1を駆動しているハイブリッド駆動状態を示している。車両Veが軽負荷かつ中高車速で走行している状態では、変速機構17がO/D状態(High)に設定される。すなわち、クラッチC1が開放させられ、ブレーキB1が係合させられる。この状態を図6に共線図で示してある。この状態では、前述したように、第1モータ・ジェネレータ2によってエンジン回転数が燃費の良好な回転数に制御される。その場合、第1モータ・ジェネレータ2が発電機として機能させられることにより生じた電力が第2モータ・ジェネレータ3に供給される。その結果、第2モータ・ジェネレータ3がモータとして動作し、駆動トルクを出力する。また、低車速でアクセル開度が大きくなるなど、大きい駆動力が要求されている場合には、変速機構17は直結状態(Low)に制御される。すなわち、クラッチC1が係合させられ、ブレーキB1が開放させられる。その結果、変速機構17の全体が一体となって回転する状態になる。この状態を図7に共線図で示してある。この場合も、上記のO/D状態(High)の場合と同様に、第1モータ・ジェネレータ2が発電機として動作させられ、かつ第2モータ・ジェネレータ3がモータとして動作させられる。
上記のようなエンジン1の運転制御、第1モータ・ジェネレータ2ならびに第2モータ・ジェネレータ3の運転制御、および、クラッチC1ならびにブレーキB1の係合・開放制御などを行う電子制御装置(ECU)21が設けられている。そのECU21の制御系統を図8にブロック図で示してある。
ECU21は、走行のための全体的な制御を行うハイブリッド制御装置(HV−ECU)22、第1モータ・ジェネレータ2ならびに第2モータ・ジェネレータ3を制御するためのモータ・ジェネレータ制御装置(MG−ECU)23、および、エンジン1を制御するためのエンジン制御装置(E/G−ECU)24などが設けられている。これらの各制御装置22,23,24は、それぞれ、マイクロコンピュータを主体にして、入力されたデータおよび予め記憶させられているデータを使用して演算を行い、その演算結果を制御指令信号として出力するように構成されている。
ECU21に入力される入力データの例を挙げると、例えば、車速、アクセル開度、第1モータ・ジェネレータ2の回転数、第2モータ・ジェネレータ3の回転数、リングギヤ7の回転数(出力軸回転数)、エンジン1の回転数、および、バッテリのSOCなどが、HV−ECU22に入力されるようになっている。また、ECU21から出力される指令信号の例を挙げると、例えば、第1モータ・ジェネレータ2のトルク指令値、第2モータ・ジェネレータ3のトルク指令値、エンジン1のトルク指令値、および、クラッチC1の油圧指令値PC1ならびにブレーキB1の油圧指令値PB1などが、HV−ECU22から出力されるようになっている。
上記の第1モータ・ジェネレータ2のトルク指令値および第2モータ・ジェネレータ3のトルク指令値は、MG−ECU23に制御データとして入力されるようになっている。そして、MG−ECU23は、これらのトルク指令値に基づいて演算を行い、第1モータ・ジェネレータ2および第2モータ・ジェネレータ3の電流指令信号を出力するように構成されている。また、エンジントルク指令信号は、E/G−ECU24に制御データとして入力されるようになっている。そして、E/G−ECU24は、そのエンジントルク指令信号に基づいて演算を行い、電子スロットルバルブ(図示せず)に対するスロットル開度信号、および点火時期を制御する点火信号などを出力するように構成されている。
上記のようにハイブリッド車両Veの駆動力源を構成しているエンジン1、および、第1モータ・ジェネレータ2ならびに第2モータ・ジェネレータ3は、それらの動力性能や駆動特性が互いに異なっている。例えば、エンジン1は、低トルクかつ低回転数の領域から高トルクかつ高回転数の領域までの幅広い運転領域で運転が可能である。また、エンジン1のエネルギ効率は、トルクおよび回転数がある程度高い運転領域で良好になる。これに対して、第1モータ・ジェネレータ2は、エンジン1の回転数やエンジン1を停止させる際のクランク角度などを調整する制御および駆動力の出力を行うために、低回転数で大きいトルクを出力する特性を有している。そして、第2モータ・ジェネレータ3は、駆動軸4にトルクを出力するために、第1モータ・ジェネレータ2よりも高回転数で運転でき、かつ最大トルクが第1モータ・ジェネレータ2よりも小さい特性を有している。
上記のようなエンジン1、および、第1モータ・ジェネレータ2ならびに第2モータ・ジェネレータ3を駆動力源とするハイブリッド車両Veでは、それら複数の駆動力源を有効に利用して、エネルギ効率あるいは燃費が良好になるように制御される。すなわち、前述したように、エンジン1の出力によって走行する「エンジン走行モード」と、第1モータ・ジェネレータ2および第2モータ・ジェネレータ3の少なくともいずれかの出力により走行する「モータ走行モード」とを、ハイブリッド車両Veの走行状態に応じて選択して設定するように構成されている。
上記のような各走行モードが設定される運転領域を図9のマップに示してある。この図9は、車速を横軸、要求駆動力を縦軸として車両Veの運転領域を示す図である。符号Iで示す領域が「エンジン走行モード」を実行するエンジン走行領域、符号IIで示す領域が「モータ走行モード」を実行するモータ走行領域である。エンジン走行領域Iには、変速機構17を直結状態(Low)に制御する領域とO/D状態(High)に制御する領域とを仕切る閾値Tが設定されている。そして、これら各走行モードおよび変速機構17における各変速段が、ハイブリッド車両Veに対する要求駆動力に応じて選択されて設定されるようになっている。例えば、図9に矢印aで示すように、車速と要求駆動力とから決まる運転点が、直結状態(Low)の領域からO/D状態(High)の領域へ変化することにより、変速機構17で直結状態(Low)からO/D状態(High)への変速制御が実行される。このような運転領域の変化に伴う走行モードの切り替えや変速機構17における変速段の切り替えのための制御が、前述したECU21によって実行されるように構成されている。
なお、上述の図1,図2に示したハイブリッド車両Veは、シングルプラネタリ形の遊星歯車機構17aを用いて変速機構17を構成した例である。これに対して、この発明では、ダブルプラネタリ形の遊星歯車機構を用いて変速機構17を構成することもできる。そのようなダブルプラネタリ形の遊星歯車機構を用いて変速機構17を構成した例であり、かつ、FR方式の車両へ搭載するのに適したドライブトレーンの例を図10に示してある。
この図10に示すハイブリッド車両Veは、前述の図1に示したハイブリッド車両Veと比較して、変速機構17の構成、および、変速機構17とエンジン1ならびに第1モータ・ジェネレータ2との連結関係のみが異なっている。具体的には、この図10に示す例では、変速機構17は、ダブルピニオン形の遊星歯車機構17bによって構成されている。その遊星歯車機構17bのリングギヤ31が、エンジン1の出力軸1aに連結されている。キャリア32は、動力分割機構4のキャリア8に一体となって回転するように連結されている。なお、この図10に示す例におけるキャリア32は、一方がサンギヤ33に噛み合い、他方がリングギヤ31に噛み合っていて、なおかつ互いに噛み合っている2つのピニオンギヤを、自転および公転が可能なように保持する構成となっている。そして、サンギヤ33とキャリア32との間に、これらサンギヤ33とキャリア32とを選択的に連結するクラッチC1が設けられている。また、サンギヤ33を選択的に回転不可能な状態に固定するブレーキB1が設けられている。
この図10に示す例における変速機構17も、前述の図1に示した例と同様に、クラッチC1を係合させることにより、遊星歯車機構17bのサンギヤ33とキャリア32とが連結される。その結果、遊星歯車機構17bの全体が一体となって回転し、増速作用および減速作用の生じないいわゆる直結状態となる。そして、クラッチC1に加えてブレーキB1を係合させることにより、変速機構17の全体が一体となって固定され、動力分割機構4におけるキャリア8およびエンジン1の回転が止められる。これに対して、ブレーキB1のみを係合させることにより、この図10に示す例における変速機構17では、変速機構17におけるサンギヤ33が固定要素となり、またリングギヤ31が入力要素となる。そのため、リングギヤ31を入力要素とした場合に出力要素となるキャリア32が、リングギヤ31よりも高回転数で、かつリングギヤ31と同方向に回転する。したがって、変速機構17は増速機構として機能する。すなわち、変速機構17でO/D段(High)が設定される。
また、図11には、ダブルプラネタリ形の遊星歯車機構を用いて変速機構17を構成した例であり、かつ、FF方式の車両へ搭載するのに適したドライブトレーンの例を示してある。この図11に示すハイブリッド車両Veは、前述の図2に示したハイブリッド車両Veと比較して、変速機構17の構成、および、変速機構17とエンジン1ならびに第1モータ・ジェネレータ2との連結関係のみが異なっている。ダブルピニオン形の遊星歯車機構17bにより構成された変速機構17、および、その変速機構17とエンジン1ならびに第1モータ・ジェネレータ2との連結関係等は、上記の図10に示すハイブリッド車両Veのドライブトレーンと同様に構成されている。
上記のように、この発明におけるハイブリッド車両用動力伝達装置TMは、エンジン1と動力分割機構4との間に、エンジン1の回転数を変速する変速機構17を備えている。したがって、変速機構17のような構成を備えていない従来のハイブリッド車両用動力伝達装置と比較して、変速機構17の部品点数が増える分だけ、組み立て作業が煩雑になり、また組み立て工数が増えてしまう。
そこで、この発明におけるハイブリッド車両用動力伝達装置は、従来の装置の構成に上記のような変速機構17を加える場合であっても、装置の組み立てを簡素化して生産性を向上させることができるように構成されている。その具体的な構成の一例を図12に示してある。この図12に示す動力伝達装置TMは、前述の図1,図2で示したドライブトレーンの構成に対応するものである。すなわち、変速機構17をシングルピニオン形の遊星歯車機構17aにより構成した場合の例である。
動力伝達装置TMは、変速機構17、第1モータ・ジェネレータ2、および動力分割機構4を備えている。そして、それら変速機構17、第1モータ・ジェネレータ2、および動力分割機構4が、この図12では図示していないエンジン1に近い方から、すなわち動力伝達装置TMの前方(図12での左側)から、変速機構17、第1モータ・ジェネレータ2、動力分割機構4の順で配置されている。
変速機構17は、シングルピニオン形の遊星歯車機構17a、クラッチC1ならびにブレーキB1、入力軸100、および、出力フランジ101によって構成されている。クラッチC1は、遊星歯車機構17aのサンギヤ20とキャリア18とを連結するための摩擦材102と、その摩擦材102を動作させてクラッチC1を係合・開放状態に制御するための油圧アクチュエータ103およびリターンスプリング104とを備えている。油圧アクチュエータ103には、後述する油路116を介してクラッチC1を係合させるための油圧が供給されるようになっている。一方、ブレーキB1は、遊星歯車機構17aのサンギヤ20を回転不可能な状態に固定するための摩擦材105と、その摩擦材105を動作させてブレーキB1を係合・開放状態に制御するための油圧アクチュエータ106およびリターンスプリング107とを備えている。油圧アクチュエータ106には、後述する油路117を介してブレーキB1を係合させるための油圧が供給されるようになっている。
上記の遊星歯車機構17a、クラッチC1ならびにブレーキB1、および、入力軸100を収容するフロントカバー108が設けられている。このフロントカバー108は、動力伝達装置TMとして組み立てが完了した状態でエンジン1に対向する部分を覆う部材である。この図12に示す動力伝達装置TMでは、このフロントカバー108の内側に、遊星歯車機構17a、クラッチC1ならびにブレーキB1、入力軸100、および、出力フランジ101が組み込まれている。
具体的には、フロントカバー108の内側の前方、すなわち図12では図示していないエンジン1に近い側(図12での左側)に、油圧アクチュエータ103ならびにリターンスプリング104、および、油圧アクチュエータ106ならびにリターンスプリング107が取り付けられている。そして、それら油圧アクチュエータ103,106およびリターンスプリング104,107の後方(図12での右側)の内径側に、遊星歯車機構17aが配置されている。
遊星歯機構17aのサンギヤ20の内周部分に、変速機構17の入力部材として機能する入力軸100が、サンギヤ20と相対回転可能なように配置されている。この入力軸100は、フロントカバー108に形成されている貫通穴108aの内周部に設けられたニードルベアリング109、および、後述する動力分割機構4の入力軸125に形成されたざぐり穴の内周部に設けられたブッシュ128によって支持されている。
入力軸100には、入力軸100と一体となって回転するフランジ113が形成されていて、そのフランジ113に、遊星歯車機構17aのキャリア18が一体となって回転するように連結されている。すなわち、入力軸100とキャリア18とが一体となって回転するように連結されている。そして、入力軸100の前方側(図12での左側)の端部が、この入力軸100とエンジン1の出力軸1aとをダンパ機構(図示せず)等を介して連結するために、貫通穴108aから突出させられている。入力軸100の後方側(図12での右側)の端部は、後述する動力分割機構4の入力軸125に支持されるようになっている。
入力軸100の後方側の端部の外周部分で、上記のフランジ112の後方に、変速機構17の出力部材として機能する出力フランジ101が、入力軸100と相対回転可能なように配置されている。この出力フランジ101は、出力フランジ101と上記のフランジ113との間に設けられたスラストベアリング114、および、出力フランジ101と後述するMG1カバー118との間に設けられたスラストベアリング115によって支持されている。
出力フランジ101には、遊星歯車機構17aのリングギヤ19が一体となって回転するように連結されている。そして、出力フランジ101の後方側の端部に、出力フランジ101と後述する動力分割機構4の入力軸125とを動力伝達可能に連結するためのスプライン穴101aが形成されている。すなわち、動力分割機構4の入力軸125の前方側の端部にはスプライン軸125aが形成されていて、これら出力フランジ101と入力軸125とがスプライン嵌合するように構成されている。
上記の油圧アクチュエータ103ならびにリターンスプリング104、および、遊星歯車機構17aの外周側に、クラッチC1の摩擦材102が配置されている。摩擦材102の一部は、遊星歯車機構17aのサンギヤ20に一体となって回転するように連結されている。摩擦材102の他の一部は、遊星歯車機構17aのキャリア18に一体となって回転するように連結されている。さらに、クラッチC1の外周側に、ブレーキB1の摩擦材105が配置されている。摩擦材105の一部は、遊星歯車機構17aのサンギヤ20に一体となって回転するように連結されている。摩擦材105の他の一部は、フロントカバー108の内側に形成された固定部材16に固定されている。
フロントカバー108には、クラッチC1に係合油圧を供給する油路116、および、ブレーキB1に係合油圧を供給する油路117が形成されている。油路116は、例えばこの図12に示す例では、3箇所の穴あけ加工を施すことにより容易に形成することができる。また、油路117も同様に、3箇所の穴あけ加工を施すことにより容易に形成することができる。これら油路116および油路117には、フロントカバー108と後述するMG1カバー118およびハウジング122とが組み付けられることにより、MG1カバー118およびハウジング122に形成されている供給油路122bが、それぞれ接続されるように構成されている。供給油路122bには、バルブボディ(図示せず)側からクラッチC1およびブレーキB1を制御するための油圧がそれぞれ供給されるようになっている。
遊星歯車機構17a、クラッチC1、ブレーキB1、および、入力軸100などの変速機構17を構成する各部材が、フロントカバー108の内側に収容されて組み付けられている。それら変速機構17を構成する各部材が組み付けられた状態で、フロントカバー108の後方側の開口部分に、MG1カバー118が取り付けられている。例えば、図12に示すように、複数のボルト119によって、フロントカバー108とMG1カバー118とが一体に固定されている。MG1カバー118には、フロントカバー108と同様の貫通穴118aが形成されている。そして、この貫通穴118aの部分で、変速機構17の入力軸100と後述する動力分割機構4の入力軸125とが互いに相対回転可能に接続され、また、変速機構17の出力フランジ101と後述する動力分割機構4の入力軸125とがスプライン嵌合されるように構成されている。
上記のMG1カバー118は、第1モータ・ジェネレータ2の前方(図12での左側)の端部の形状に沿って形成されている。そのため、MG1カバー118の外周側の部分が、第1モータ・ジェネレータ2のコイルエンド2bの前方の端部の位置に合わせて形成されているのに対して、貫通穴118aが形成されているMG1カバー118の中心部分は、コイルエンド2bやステータ2cの内周部分に入り込んだ形状になっている。すなわち、図12の断面図に示すように、MG1カバー118の中心部分が、図12での右側に突出した形状になっていて、貫通穴118aが第1モータ・ジェネレータ2の内周部分に位置するようになっている。したがって、変速機構17の出力フランジ101と動力分割機構4の入力軸125とが、第1モータ・ジェネレータ2の内周部分で、スプラインによって連結される構成になっている。
このように、この発明における動力伝達装置TMでは、第1モータ・ジェネレータ2の内周部分の空間を有効に利用して、変速機構17および動力分割機構4が配置される構成になっている。そのため、動力伝達装置TMの回転軸方向の全長を短縮して、動力伝達装置TMの小型・軽量化を図ることができる。
なお、この図12に示す例では、ブレーキB1の摩擦材105が固定されている固定部材16の外周部と、フロントカバー108の内周部との間に、空間108bが形成されている。この空間108bは、変速機構17に供給されたオイルのオイル戻りやオイル溜まりとして有効に機能するようになっている。
MG1カバー118の後方側(図12での右側)の側面に、第1モータ・ジェネレータ2のロータ2aの前方側(図12での左側)の端部を支持するためのボールベアリング120が取り付けられている。具体的には、MG1カバー118にボールベアリング120のアウターレース120aが固定されている。そして、フロントカバー108と一体に固定されたMG1カバー118を、後述する第1モータ・ジェネレータ2が収容されたハウジング122に取り付けることにより、ボールベアリング120のインナーレース120bにロータ2aが組み込まれるように構成されている。また、ロータ2aの後方側(図12での右側)の端部は、後述するボールベアリング124によって支持されている。
上記のように、変速機構17は、遊星歯車機構17a、クラッチC1、ブレーキB1、および、入力軸100などの変速機構17を構成する各部材が、フロントカバー108の内側に組み込まれてMG1カバー118によって蓋をされた状態で1つのユニットとなっている。すなわち、この発明における変速機構17は、フロントカバー108とMG1カバー118とにより覆われた変速ユニットとして形成することができ、その変速ユニットをサブアッシーとして取り扱うことができるように構成されている。
変速機構17を収容したフロントカバー108およびMG1カバー118の後方に、第1モータ・ジェネレータ2およびレゾルバ121等を収容するハウジング122が配置されている。すなわち、ハウジング122の前方(図12での左側)に、上記のように変速機構17を収容して変速ユニットとして形成されたフロントカバー108およびMG1カバー118が固定されている。例えば、図12に示すように、複数のボルト123によって、フロントカバー108およびMG1カバー118と、ハウジング122とが一体に固定されている。
ハウジング122は、前方すなわちMG1カバー118側(図12での左側)に開口していて、そのハウジング122の後方側の側壁部122aの内側に、レゾルバ121が取り付けられている。側壁部122aには貫通穴が形成されていて、その貫通穴の内周部分にボールベアリング124が取り付けられている。レゾルバ121の前方のハウジング122の内側に、第1モータ・ジェネレータ2のステータ2cが固定されている。
ステータ2cの内周部分に、第1モータ・ジェネレータ2のロータ2aが挿入されている。このロータ2aの前方側(図12での左側)の端部は、前述したように、ハウジング122とフロントカバー108およびMG1カバー118とが一体に組み付けられることにより、ボールベアリング120によってMG1カバー118に支持されるように構成されている。一方、ロータ2aの後方側(図12での右側)の端部は、上記のボールベアリング124によってハウジング122に支持されている。また、このロータ2aの後方側の端部には、ロータ2aと動力分割機構4のサンギヤ6とを動力伝達可能に連結するためのスプライン穴2dが形成されている。すなわち、後述の動力分割機構4のサンギヤ6と一体に連結されているフランジ127にスプライン軸127aが形成されていて、これらロータ2aとフランジ127とがスプライン嵌合するように構成されている。
第1モータ・ジェネレータ2を収容したハウジング122の内側に、動力分割機構4が配置されている。この動力分割機構4は、前述したようにシングルピニオン形の遊星歯車機構から構成されていて、そのキャリア8が一体となって回転するように連結された入力軸125、および、リングギヤ7が一体となって回転するように連結された出力軸126を備えている。動力分割機構4のサンギヤ6には、フランジ127が一体となって回転するように連結されている。このフランジ127の前方側(図12での左側)の端部の外周部分には、スプライン軸127aが形成されている。そして、このフランジ127と、前述のスプライン穴2dが形成された第1モータ・ジェネレータ2のロータ2aとが、スプライン嵌合するように構成されている。すなわち、動力分割機構4のサンギヤ6は、スプラインによって第1モータ・ジェネレータ2のロータ2aに一体となって回転するように連結されている。
入力軸125は、動力分割機構4のサンギヤ6およびフランジ127と相対回転が可能なように、それらサンギヤ6およびフランジ127の内周部分に挿入されている。この入力軸125の前方側(図12での左側)の部分は、フランジ127から突出していて、そのフランジ127から突出している部分が、ロータ2aの内周部分に、ロータ2aと相対回転可能なように挿入されている。また、入力軸125の前方側の端部の外周部分には、スプライン軸125aが形成されている。そして、この入力軸125と、前述のスプライン穴101aが形成された変速機構17の出力フランジ101とが、スプライン嵌合するように構成されている。すなわち、変速機構17の出力部材である出力フランジ101と、動力分割機構4の入力部材である入力軸125とが、スプラインによって互いに一体となって回転するように連結されている。なお、上記のような出力フランジ101と入力軸125との連結は、スプラインの代わりに、セレーションを用いてもよい。
さらに、入力軸125の前方側の端部には、前述の変速機構17の入力軸100の後方側(図12での右側)の端部を相対回転が可能なように支持するためのざぐり穴が形成されている。これら入力軸100の後方側の端部と入力軸125の前方側の端部に形成されたざぐり穴との間には、ブッシュ128が設けられている。
出力軸126の前方側(図12での左側)の端部には、出力軸126と一体となって回転するフランジ129が形成されていて、そのフランジ129に、動力分割機構4のリングギヤ7が一体となって回転するように連結されている。すなわち、出力軸126とリングギヤ7とが一体となって回転するように連結されている。一方、出力軸126の後方側(図12での右側)の端部は、この図12では図示していないプロペラシャフト9に一体となって回転するように連結されている。そして、この出力軸126の後方側の部分が、ハウジング122の後方側に取り付けられたケース130に支持されている。すなわち、ケース130の前方側の側壁部130aには貫通穴が形成されていて、その側壁部130aの貫通穴に出力軸126の後方側の部分が挿入されている。そして出力軸126が、側壁部130aの貫通穴の内周部に支持されている。
さらに、出力軸126の前方側の端部には、この動力分割機構4の入力軸125の後方側(図12での右側)の端部を相対回転が可能なように支持するためのざぐり穴が形成されている。これら入力軸125の後方側の端部と出力軸126の前方側の端部に形成されたざぐり穴との間には、ブッシュ131が設けられている。
なお、上記の例では、動力分割機構4のリングギヤ7が、出力軸126を介して、プロペラシャフト9に連結された構成、すなわち、前述の図1に示したFR方式の車両へ搭載するのに適したドライブトレーンに、この発明の動力伝達装置TMを適用した構成を説明している。これに対して、前述の図2に示したFF方式の車両へ搭載するのに適したドライブトレーンに、この発明の動力伝達装置TMを適用した場合には、動力分割機構4のリングギヤ7が、出力軸126を介して、ギヤ列12を構成するドライブギヤ25に一体となって回転するように連結された構成となる。それ以外の部分の構成は、上記の図12に示した例と同様に構成することができる。
図13に、この発明における動力伝達装置の他の構成例を示してある。この図13に示す動力伝達装置TMは、前述の図10および図11で示したドライブトレーンの構成に対応するものである。すなわち、変速機構17をダブルピニオン形の遊星歯車機構17bにより構成した例である。
図13において、動力伝達装置TMは、上述の図12に示した構成と同様に、変速機構17、第1モータ・ジェネレータ2、および動力分割機構4を備えている。そして、この図13では図示していないエンジン1に近い方から、すなわち動力伝達装置TMの前方(図13での左側)から、変速機構17、第1モータ・ジェネレータ2、動力分割機構4の順で配置されている。
この図13に示す構成では、変速機構17は、ダブルピニオン形の遊星歯車機構17b、クラッチC1ならびにブレーキB1、入力軸200、および、中間軸201によって構成されている。クラッチC1は、遊星歯車機構17bのサンギヤ33とキャリア32とを連結するための摩擦材202と、その摩擦材202を動作させてクラッチC1を係合・開放状態に制御するための油圧アクチュエータ203およびリターンスプリング204とを備えている。油圧アクチュエータ203には、後述する油路218を介してクラッチC1を係合させるための油圧が供給されるようになっている。一方、ブレーキB1は、遊星歯車機構17bのサンギヤ33を回転不可能な状態に固定するための摩擦材205と、その摩擦材205を動作させてブレーキB1を係合・開放状態に制御するための油圧アクチュエータ206およびリターンスプリング207とを備えている。油圧アクチュエータ206には、後述する油路219を介してブレーキB1を係合させるための油圧が供給されるようになっている。
上記の遊星歯車機構17b、クラッチC1ならびにブレーキB1、および、入力軸200を収容するフロントカバー208が設けられている。このフロントカバー208は、動力伝達装置TMとして組み立てが完了した状態でエンジン1に対向する部分を覆う部材である。この図13に示す動力伝達装置TMでは、このフロントカバー208の内側に、遊星歯車機構17b、クラッチC1ならびにブレーキB1、入力軸200、および、中間軸201が組み込まれている。
具体的には、フロントカバー208の内側の前方、すなわち図13では図示していないエンジン1に近い側(図13での左側)に、遊星歯車機構17bが配置されている。その遊星歯車機構17bのサンギヤ33の内周部分に、変速機構17の入力部材として機能する入力軸200が、サンギヤ33および中間軸201と相対回転可能なように配置されている。この入力軸200は、フロントカバー208に形成されている貫通穴208aの内周部に設けられたニードルベアリング209、および、後述するように中間軸201の内周部に設けられたブッシュ210によって支持されている。そして、遊星歯車機構17bの後方(図13での右側)に、油圧アクチュエータ203ならびにリターンスプリング204、および、油圧アクチュエータ206ならびにリターンスプリング207が取り付けられている。
入力軸200には、入力軸200と一体となって回転するフランジ211が形成されていて、そのフランジ211に、遊星歯車機構17bのリングギヤ31が一体となって回転するように連結されている。すなわち、入力軸200とリングギヤ31とが一体となって回転するように連結されている。そして、入力軸200の前方側(図13での左側)の端部が、この入力軸200とエンジン1の出力軸1aとをダンパ機構(図示せず)等を介して連結するために、貫通穴208aから突出させられている。入力軸200の後方側(図13での右側)の端部は、後述するように中間軸201に支持されるようになっている。また、入力軸200のフランジ211よりも後方側の部分は、中間軸201に形成されたざぐり穴に挿入可能なように、外径が他の部分よりも細くなっている。
遊星歯車機構17bのサンギヤ33の内周部分には、上記の入力軸200に加えて、変速機構17の出力部材として機能する中間軸201が、入力軸200およびサンギヤ33と相対回転可能なように配置されている。また、この中間軸201は、入力軸200と同一の回転軸線上で、入力軸200の後方側に配置されている。この中間軸201は、後述するMG1カバー217に形成されている貫通穴217aの内周部に設けられたニードルベアリング215、および、第1モータ・ジェネレータ2のロータ2aの内周部に設けられたニードルベアリング216によって支持されている。
中間軸201には、遊星歯車機構17bのキャリア32が一体となって回転するように連結されている。また、中間軸201の前方側の端部には、入力軸200の後方側の小径部分を相対回転が可能なように支持するためのざぐり穴が形成されている。これら入力軸200の後方側の端部と中間軸201の前方側の端部に形成されたざぐり穴との間には、ブッシュ210が設けられている。そして、中間軸201の後方側の端部には、中間軸201と動力分割機構4の入力軸125とを動力伝達可能に連結するためのスプライン穴201aが形成されている。すなわち、動力分割機構4の入力軸125の前方側の端部にはスプライン軸125aが形成されていて、これら中間軸201と入力軸125とがスプライン嵌合するように構成されている。したがって、変速機構17の出力部材である中間軸201と、動力分割機構4の入力部材である入力軸125とが、スプラインによって互いに一体となって回転するように連結されている。なお、上記のような中間軸201と入力軸125との連結は、スプラインの代わりに、セレーションを用いてもよい。
上記の油圧アクチュエータ203ならびにリターンスプリング204、および、遊星歯車機構17bの外周側に、クラッチC1の摩擦材202が配置されている。摩擦材202の一部は、遊星歯車機構17bのサンギヤ33に一体となって回転するように連結されている。摩擦材202の他の一部は、遊星歯車機構17bのキャリア32に一体となって回転するように連結されている。さらに、クラッチC1の外周側に、ブレーキB1の摩擦材205が配置されている。摩擦材205の一部は、MG1カバー217の内側に形成された固定部材16に固定されている。
遊星歯車機構17b、クラッチC1、ブレーキB1、入力軸200、および、中間軸201などの変速機構17を構成する各部材が、フロントカバー208の内側に収容されて組み付けられている。それら変速機構17を構成する各部材が組み付けられた状態で、フロントカバー208の後方側の開口部分に、MG1カバー217が取り付けられている。例えば、図13に示すように、複数のボルト119によって、フロントカバー208とMG1カバー217とが一体に固定されている。MG1カバー217には、フロントカバー208と同様の貫通穴217aが形成されている。この貫通穴217aの内周部分に、中間軸201が挿入されている。そして、スプライン穴201aが形成された中間軸201の後方側の端部が、第1モータ・ジェネレータ2のロータ2aの内周部分で動力分割機構4の入力軸125とスプライン嵌合するために、貫通穴217aから後方側に突出させられている。
上記のMG1カバー217は、第1モータ・ジェネレータ2の前方(図13での左側)の端部の形状に沿って形成されている。そのため、MG1カバー217の外周側の部分が、第1モータ・ジェネレータ2のコイルエンド2bの前方の端部の位置に合わせて形成されているのに対して、貫通穴217aが形成されているMG1カバー217の中心部分は、コイルエンド2bやステータ2cの内周部分に入り込んだ形状になっている。すなわち、図13の断面図に示すように、MG1カバー217の中心部分が、図13での右側に突出した形状になっていて、貫通穴217aが第1モータ・ジェネレータ2の内周部分に位置するようになっている。したがって、変速機構17の中間軸201と動力分割機構4の入力軸125とが、第1モータ・ジェネレータ2の内周部分で、スプラインによって連結される構成になっている。
この図13に示す例においても、前述の図12に示した例と同様に、この発明における動力伝達装置TMでは、第1モータ・ジェネレータ2の内周部分の空間を有効に利用して、変速機構17および動力分割機構4が配置される構成になっている。そのため、動力伝達装置TMの回転軸方向の全長を短縮して、動力伝達装置TMの小型・軽量化を図ることができる。
この図13に示す例では、MG1カバー217に、クラッチC1に係合油圧を供給する油路218、および、ブレーキB1に係合油圧を供給する油路219が形成されている。油路218は、MG1カバー217の形状に合わせた所定の形状に成形された管部材を、MG1カバー217の内側(図13での左側)の側面に固定する、もしくは保持することにより形成されている。一方、油路219は、例えば3箇所の穴あけ加工を施すことにより容易に形成することができる。これら油路218および油路219には、フロントカバー208とMG1カバー217およびハウジング122とが組み付けられることにより、MG1カバー217およびハウジング122に形成されている供給油路122bが、それぞれ接続されるように構成されている。供給油路122bには、バルブボディ(図示せず)側からクラッチC1およびブレーキB1を制御するための油圧がそれぞれ供給されるようになっている。
MG1カバー217の後方側(図13での右側)の側面に、第1モータ・ジェネレータ2のロータ2aの前方側(図13での左側)の端部を支持するためのボールベアリング120が取り付けられている。具体的には、MG1カバー217にボールベアリング120のアウターレース120aが固定されている。そして、フロントカバー208と一体に固定されたMG1カバー217を、第1モータ・ジェネレータ2が収容されたハウジング122に取り付けることにより、ボールベアリング120のインナーレース120bにロータ2aが組み込まれるように構成されている。
上記のように、変速機構17は、遊星歯車機構17b、クラッチC1、ブレーキB1、入力軸200、および、中間軸201などの変速機構17を構成する各部材が、フロントカバー208の内側に組み込まれてMG1カバー217によって蓋をされた状態で1つのユニットとなっている。すなわち、この発明における変速機構17は、フロントカバー208とMG1カバー217とにより覆われた変速ユニットとして形成することができ、その変速ユニットをサブアッシーとして取り扱うことができるように構成されている。
変速機構17を収容したフロントカバー208およびMG1カバー217の後方に、第1モータ・ジェネレータ2およびレゾルバ121等を収容するハウジング122が配置されている。すなわち、ハウジング122の前方(図13での左側)に、上記のように変速機構17を収容して変速ユニットとして形成されたフロントカバー208およびMG1カバー217が固定されている。例えば、図13に示すように、複数のボルト123によって、フロントカバー208およびMG1カバー217と、ハウジング122とが一体に固定されている。フロントカバー208およびMG1カバー217よりも後方の構成、すなわち、ハウジング122から後方の構成は、前述の図12に示した構成と同じである。
上記の図12もしくは図13に示したような動力伝達装置TMの組み立て手順について説明する。先ず、ハウジング122の内側に、ベアリング124およびレゾルバ121が取り付けられる。次いで、第1モータ・ジェネレータ2のステータ2cが取り付けられる。そして、そのステータ2cの内周部分に、第1モータ・ジェネレータ2のロータ2aが組み込まれる。
上記のようなハウジング122に対するレゾルバ121や第1モータ・ジェネレータ2の組み付けとは別に、変速ユニットが組み立てられる。すなわち、フロントカバー108の内側に、クラッチC1およびブレーキB1が取り付けられる。次いで、遊星歯車機構17aおよび入力軸100ならびに出力フランジ101が取り付けられる。そして、フロントカバー108に蓋をするようにMG1カバー118が取り付けられる。これにより、変速機構17が、フロントカバー108およびMG1カバー118によって覆われた状態で、変速ユニットとして組み立てられる。あるいは、フロントカバー208の内側に、遊星歯車機構17bおよび入力軸200ならびに中間軸201が取り付けられる。次いで、クラッチC1およびブレーキB1が取り付けられる。そして、フロントカバー208に蓋をするようにMG1カバー217が取り付けられる。これにより、変速機構17が、フロントカバー208およびMG1カバー217によって覆われた状態で、変速ユニットとして組み立てられる。
レゾルバ121および第1モータ・ジェネレータ2等が組み込まれたハウジング122に、変速ユニット、すなわち、フロントカバー108およびMG1カバー118の内側、もしくはフロントカバー208およびMG1カバー217の内側に組み付けられた変速機構17が組み付けられる。すなわち、ハウジング122の図12もしくは図13の左側に、変速機構17を内蔵した変速ユニットが組み付けられる。
なお、上記のようにハウジング122に変速ユニットが組み付けられた状態で、第1モータ・ジェネレータ2の検査を実施することができる。具体的には、第1モータ・ジェネレータ2のロータ2aの後方(図12,図13での右側)の端部に形成されたスプライン穴2dに、スプライン軸127aが形成された動力分割機構4のフランジ127の代わりに、同様のスプライン軸127aが形成されたダミーシャフト(図示せず)が嵌め込まれる。そして、そのダミーシャフトを所定の計測機器に接続して、第1モータ・ジェネレータ2を試運転することにより、第1モータ・ジェネレータ2の動作確認やレゾルバ121の調整等を容易に実施することができる。
続いて、変速ユニットが組み付けられたハウジング122に、動力分割機構4が組み付けられる。具体的には、ハウジング122の図12もしくは図13の右側から、動力分割機構4が組み付けられる。動力分割機構4は、予め遊星歯車機構に入力軸125、フランジ127、および出力軸126等がそれぞれ組み付けられている。その動力分割機構4の入力軸125が、ハウジング122に組み付けられた第1モータ・ジェネレータ2のロータ2aの内周部分に挿入される。そして、入力軸125に形成されたスプライン軸125aと、変速機構17の出力フランジ101に形成されたスプライン穴101aとが、互いにスプライン嵌合させられる。あるいは、入力軸125に形成されたスプライン軸125aと、変速機構17の中間軸201に形成されたスプライン穴201aとが、互いにスプライン嵌合させられる。すなわち、変速機構17の出力部材と、動力分割機構4の入力部材とが、スプラインによって連結される。
その後、ハウジング122の後方の端部に、ケース130が取り付けられる。ハウジング122にケース130が取り付けられることにより、動力分割機構4の出力軸126が支持されて、この動力伝達装置TMの組み立てが完了する。
以上のように、この発明に係る動力伝達装置TMでは、エンジン1と動力分割機構4との間に、エンジン1の回転数を変速する変速機構17が設けられる。そして、この動力伝達装置TMでは、変速機構17の出力部材と動力分割機構4の入力部材とを、スプライン(もしくはセレーション)によって連結するように構成されている。したがって、この発明に係る動力伝達装置TMによれば、動力伝達装置TMを組み立てる場合に、動力分割機構4と変速機構17とをそれらの回転軸線方向に相対移動させることにより、それら動力分割機構4と変速機構17とを動力伝達可能な状態に容易に連結させることができる。
特に、この発明に係る動力伝達装置TMでは、動力分割機構4や第1モータ・ジェネレータ2などを収容し、この動力伝達装置TMの主要部となるハウジング122に対して、変速機構17およびその入力部材ならびに出力部材等が、一体の変速ユニットとしてサブアッセンブリにされている。したがって、動力分割機構4や第1モータ・ジェネレータ2を収容したハウジング122に対して、変速機構17を収容した変速ユニットを、回転軸線方向から後付けで取り付けることにより、それらハウジング122と変速ユニットとを容易に組み付けることができる。
その場合、変速機構17の出力部材と動力分割機構4の入力部材との連結部分には、上記のようにスプライン(もしくはセレーション)が形成されている。したがって、それら変速機構17の出力部材と動力分割機構4の入力部材とを容易にかつ確実に連結させることができる。そのため、それら変速機構17および動力分割機構4などから構成される動力伝達装置TMの組み立て性や生産性を向上させることができる。
なお、上述した具体例では、この発明で対象にするハイブリッド車両として、エンジン1と、第1モータ・ジェネレータ2および第2モータ・ジェネレータ3とを駆動力源として備えた、いわゆる2モータタイプのハイブリッド車両の構成を例に挙げて説明したが、例えば、エンジンおよび3基以上の複数のモータ・ジェネレータを備えたハイブリッド車両であってもよい。また、外部電源から直接バッテリを充電することが可能ないわゆるプラグイン・ハイブリッド車両であってもよい。
1…エンジン(ENG)、 1a…出力軸、 2…第1モータ・ジェネレータ(回転機;MG1)、 3…第2モータ・ジェネレータ(MG2)、 4…動力分割機構、 5…駆動軸、 6…サンギヤ(第2回転要素)、 7…リングギヤ(第3回転要素)、 8…キャリア(第1回転要素)、 17…変速機構、 17a…シングルプラネタリ形の遊星歯車機構、 17b…ダブルプラネタリ形の遊星歯車機構、 18,32…キャリア、 19,31…リングギヤ、 20,33…サンギヤ、 100,200…入力軸(第2入力部材)、 101…出力フランジ(第2出力部材)、 108,208…フロントカバー、 118,217…MG1カバー(回転機カバー)、 122…ハウジング、 125…入力軸(第1入力部材)、 126…出力軸(第1出力部材)、 201…中間軸(第2出力部材)、 B1…ブレーキ、 C1…クラッチ、 TM…動力伝達装置、 Ve…ハイブリッド車両。

Claims (7)

  1. エンジンおよび少なくとも1基の回転機を駆動力源とするハイブリッド車両に搭載される動力伝達装置であって、第1入力部材が連結された第1回転要素と、前記回転機が連結された第2回転要素と、第1出力部材を介して駆動軸が連結された第3回転要素との3つの回転要素を有する差動歯車装置から構成されて前記駆動力源と前記駆動軸との間で動力を分割もしくは合成して伝達する動力分割機構、および、第2入力部材を介して入力される前記エンジンの回転数を変速してトルクを第2出力部材を介して前記第1入力部材および前記第1回転要素に伝達する変速機構を備えたハイブリッド車両用動力伝達装置において、
    前記エンジンの出力軸と同一の回転軸線上に、前記エンジンに近い方から、前記変速機構、前記動力分割機構の順で配置されていて、
    前記第2出力部材と前記第1入力部材とが、スプラインもしくはセレーションによって連結されている
    ことを特徴とするハイブリッド車両用動力伝達装置。
  2. 前記変速機構は、前記変速機構の前記エンジン側を覆うフロントカバーの内側に収容されるとともに、前記フロントカバーと、前記変速機構の前記動力分割機構側を覆う回転機カバーとによって覆われた変速ユニットとして形成されていて、
    前記第2入力部材は、前記フロントカバーと、前記第1入力部材もしくは前記第2出力部材とによって支持されていて、
    前記動力分割機構および前記回転機を収容するハウジングの前記変速機構側の端部に、前記変速ユニットが取り付けられている
    ことを特徴とする請求項1に記載のハイブリッド車両用動力伝達装置。
  3. 前記第2出力部材は、前記動力分割機構側の端部に、スプライン穴もしくはセレーション穴、または、スプライン軸もしくはセレーション軸が形成されたフランジ状の部材を含み、
    前記第1入力部材は、前記変速機構側の端部に、前記第2出力部材のスプライン穴と嵌合するスプライン軸もしくは前記第2出力部材のセレーション穴と嵌合するセレーション軸、または、前記第2出力部材のスプライン軸と嵌合するスプライン穴もしくは前記第2出力部材のセレーション軸と嵌合するセレーション穴が形成されるとともに、前記第2入力部材の前記動力分割機構側の端部を相対回転可能に支持する軸状の部材を含む
    ことを特徴とする請求項1または2に記載のハイブリッド車両用動力伝達装置。
  4. 前記第2出力部材は、前記動力分割機構側の端部に、スプライン穴もしくはセレーション穴、または、スプライン軸もしくはセレーション軸が形成されるとともに、前記第2入力部材の前記動力分割機構側の一部を相対回転可能に支持する軸状の部材を含み、
    前記第1入力部材は、前記変速機構側の端部に、前記第2出力部材のスプライン穴と嵌合するスプライン軸もしくは前記第2出力部材のセレーション穴と嵌合するセレーション軸、または、前記第2出力部材のスプライン軸と嵌合するスプライン穴もしくは前記第2出力部材のセレーション軸と嵌合するセレーション穴が形成された軸状の部材を含む
    ことを特徴とする請求項1または2に記載のハイブリッド車両用動力伝達装置。
  5. 前記変速機構は、シングルプラネタリ形の遊星歯車機構と、前記遊星歯車機構のサンギヤとキャリアとを選択的に連結するクラッチと、前記サンギヤを選択的に回転不可能な状態に固定するブレーキとを備え、
    前記第2出力部材は、前記遊星歯車機構のリングギヤが一体回転するように連結されていて、
    前記第2入力部材は、前記キャリアが一体回転するように連結されているとともに、前記動力分割機構側の端部が前記第1入力部材の前記変速機構側の端部の内周部分に相対回転可能なように支持されている
    ことを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載のハイブリッド車両用動力伝達装置。
  6. 前記変速機構は、ダブルプラネタリ形の遊星歯車機構と、前記遊星歯車機構のサンギヤとキャリアとを選択的に連結するクラッチと、前記サンギヤを選択的に回転不可能な状態に固定するブレーキとを備え、
    前記第2出力部材は、前記サンギヤの内周部分に前記サンギヤと相対回転可能なように配置されるとともに、前記キャリアが一体回転するように連結されていて、
    前記第2入力部材は、前記遊星歯車機構のリングギヤが一体回転するように連結されているとともに、前記動力分割機構側の一部が前記第2出力部材の前記エンジン側の内周部分に相対回転可能なように支持されている
    ことを特徴とする請求項1,2,4のいずれかに記載のハイブリッド車両用動力伝達装置。
  7. 前記回転機は、中空構造のロータを有するインナーロータ形の電動機を含むとともに、前記エンジンの出力軸と同一の回転軸線上で、前記変速機構と前記動力分割機構との間に配置されていて、
    前記第1入力部材は、前記ロータの内周部分に相対回転可能なように支持されていて、
    前記第2出力部材と前記第1入力部材とは、前記電動機の内周部分で連結されている
    ことを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載のハイブリッド車両用動力伝達装置。
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